【手続補正書】
【提出日】平成18年8月17日(2006.8.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】ベクトル演算回路、適応形ハーフ・ブリッジ、および、インピーダンス測定装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】２つの直交座標成分を有する入力ベクトル信号（ＶＩＮ＿０、ＶＩＮ＿９０）を入力し、下記の演算式によって任意のベクトル回転量θを以って前記入力ベクトル信号を回転させ、これを出力ベクトル信号（ＶＯＵＴ＿０、ＶＯＵＴ＿９０）として出力することを特徴とするベクトル演算回路。
【数１】
2001074793.tif 000001
【請求項２】２つの直交座標成分を有する入力ベクトル信号（ＶＩＮ＿０、ＶＩＮ＿９０）を入力し、下記の演算式によって前記入力ベクトル信号の大きさをＫ倍に変化させ、これを出力ベクトル信号（ＶＯＵＴ＿０、ＶＯＵＴ＿９０）として出力することを特徴とするベクトル演算回路。
【数２】
2001074793.tif 000002
【請求項３】２つの直交座標成分を有する入力ベクトル信号（ＶＩＮ＿０、ＶＩＮ＿９０）を入力し、下記の演算式によって任意のベクトル回転量θを以って前記入力ベクトル信号を回転させると同時に、前記入力ベクトル信号の大きさをＫ倍に変化させ、これを出力ベクトル信号（ＶＯＵＴ＿０、ＶＯＵＴ＿９０）として出力することを特徴とするベクトル演算回路。
【数３】
2001074793.tif 000003
【請求項４】前記入力ベクトル信号の第１の成分ＶＩＮ＿０を入力する第１及び第３の乗算ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換器）と、前記入力ベクトル信号の第２の成分ＶＩＮ＿９０を入力する第２及び第３の乗算ＤＡＣと、前記第１と第２の乗算ＤＡＣの出力を加算して出力ベクトル信号の第１の成分ＶＯＵＴ＿０を出力する第１の加算器と、前記第３と第４の乗算ＤＡＣの出力を加算して出力ベクトル信号の第２の成分ＶＯＵＴ＿９０を出力する第２の加算器とを備え、
前記第１乃至第４の乗算ＤＡＣが、夫々、その設定値がＡであれば入力をＡ倍して出力するものであり、前記第１、第２、第３、及び第４の乗算ＤＡＣの設定値が夫々順に、前記演算式における値Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２に比例する値に設定されることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のベクトル演算回路。
【請求項５】第１及び第２の端子を有する被測定素子の前記第１の端子に接続された測定信号源と、前記被測定素子の前記第２の端子に接続され、該第２の端子を仮想接地するとともに、前記被測定素子に流れる電流を電圧に変換する帰還増幅器とを備えた適応形ハーフ・ブリッジであって、
前記帰還増幅器が、入力端及び出力端と、前記入力端に入力される交流信号を、前記交流信号と同周波数で互いに９０°位相の異なる２つの信号によって直交検波する直交検波手段と、前記直交検波手段の出力を夫々積分し、前記交流信号の２つの直交成分の大きさを表わす信号を出力する積分手段と、前記積分手段から得られた２つの直交成分の大きさを表わす信号を入力してベクトル演算を施し、所望の回転量で回転させたベクトルを成す２つの直交成分信号に変換して出力するベクトル演算回路と、前記ベクトル演算回路から出力される２つの直交成分信号を、前記交流信号と同周波数で互いに９０°位相の異なる２つの信号によって直交変調し、交流信号として前記出力端に出力する直交変調手段とを設けて成る、適応形ハーフ・ブリッジ。
【請求項６】前記帰還増幅器の帰還ループを開放し、該帰還ループの一巡位相回転量を検出する手段と、検出された前記帰還ループの一巡位相回転量から前記所望の回転量を算出し、該所望の回転量に応じて前記ベクトル演算回路の設定を行う計算手段とをさらに設けたことを特徴とする、請求項５に記載の適応形ハーフ・ブリッジ。
【請求項７】前記一巡位相回転量の検出が、前記積分手段と前記ベクトル演算回路との間を切り離し、前記積分手段の出力をベクトル電圧計に、前記ベクトル演算回路の入力を基準信号源にそれぞれ接続することによって行われることを特徴とする、請求項６に記載の適応形ハーフ・ブリッジ。
【請求項８】前記ベクトル演算回路が、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のベクトル演算回路によって構成されることを特徴とする、請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の適応形ハーフ・ブリッジ。
【請求項９】第１及び第２の端子を有する被測定素子の前記第１の端子に接続された測定信号源と、前記被測定素子の前記第２の端子に接続され、該第２の端子を仮想接地するとともに、前記被測定素子に流れる電流を電圧に変換する帰還増幅器とを備えた適応形ハーフ・ブリッジであって、
前記帰還増幅器が、入力端及び出力端と、前記入力端に入力される交流信号を、前記交流信号と同周波数で互いに９０°位相の異なる２つの信号によって直交検波する直交検波手段と、前記直交検波手段の出力を夫々積分し、前記交流信号の２つの直交成分の大きさを表わす信号を出力する積分手段と、前記積分手段から得られた２つの直交成分の大きさを表わす信号にゲイン調整を施し出力する回路と、前記回路から出力される２つの直交成分信号を、前記交流信号と同周波数で互いに９０°位相の異なる２つの信号によって直交変調し、交流信号として前記出力端に出力する直交変調手段とを設けて成る、適応形ハーフ・ブリッジ。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項９のいずれか一項に記載の適応型ハーフ・ブリッジを備えることを特徴とするインピーダンス測定装置。
【請求項１１】
ヌル・ループを有するインピーダンス測定装置であって、ヌル・ループの一巡ゲインを補正する手段を備えることを特徴とするインピーダンス測定装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための本発明は、ヌル・ループを構成する狭帯域増幅器（ＮＢＡ）において、２つの積分器の出力と直交変調器の入力の間に、積分器出力の各直交成分に対して所定の行列演算を施してから直交変調器へ入力する回路（以下、ベクトル演算回路と称する）を組み込むことによって、入力信号に対して所望の追加位相推移を与えて出力できるようにすることを実現するものである。また、ヌル・ループを構成する狭帯域増幅器（ＮＢＡ）において、２つの積分器の出力と直交変調器の入力との間に、積分器出力の各直交成分に対して所定のゲイン調整を施してから直交変調器へ入力する回路を組み込むことによって、一巡ゲインの補正ができるようにするものである。特に本発明によれば、前記ベクトル演算回路には、４つの乗算ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換器）を利用することができる。従来と同様の方法で求めた必要な追加の位相推移量から、所定の演算式を使って各乗算ＤＡＣの設定値を算出し、該設定値を各乗算ＤＡＣに入力することによって、最適な位相推移量を持ったヌル・ループを完成させることができる。演算式は計算手段にプログラムされている。さらに、上記ハードウェアの構成を変えることなく、演算式に修正を加えるだけで容易にゲイン補正も位相補正と同時に行えるようにしたことも、本発明の特徴である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
まず、乗算ＤＡＣを用いた本発明によるベクトル演算回路６００について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５には、ベクトル演算回路６００を構成する乗算ＤＡＣ５００が示されている。該乗算ＤＡＣは、ＤＡＣ設定値をａ、ＤＡＣのビット数をｎとしたとき、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの間に、
【数４】
2001074793.tif 000004
（但し、Ａ＝（ａ−２ｎ−１）、ａは−２n-1から２n-1までの整数）の関係が成り立つような回路である。本実施例においては、例えば、Analog Devices社から販売されているＡＤ７５２８（ＣＭＯＳ Ｄｕａｌ ８Ｂｉｔ Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇ ＤＡＣ）を使用することができる。なお、本発明によって算出されるＤＡＣ設定値を実際にＤＡＣへ入力するための方法及び手段に関しては当業者の知るところであり、ここでは説明しない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
次に、本発明によるベクトル演算回路６００の実施例を図６に示す。本実施例においてベクトル演算回路６００は、４つの８ビット乗算ＤＡＣ５００と、２つの加算器６０１から構成されている。以降に説明する本発明の各実施例においては、説明を簡単にするために、８ビットの乗算ＤＡＣを用いた場合について述べているが、もちろん、乗算ＤＡＣを８ビットではなく、さらに大きいビット数のものにすることもできる。また、加算器６０１は２つのアナログ信号を入力してこれらを加算して出力するという、当業者には周知のものであり、本明細書では特に詳細には説明しない。図６に示す回路構成により、４つのＤＡＣの設定値をＡ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２とした場合に、
【数５】
2001074793.tif 000005
（但し、Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２の各成分は、−１２８から１２７の整数）の式を満たすようなベクトル演算回路６００が実現される。このベクトル演算回路６００を、図７に示すようにＮＢＡ７００内において２つの積分器２０２、２０３と直交変調器２０４との間に設けることによって、積分器の出力電圧に任意の重み付けを施して直交変調器に入力させることができる。従って、このベクトル演算回路６００を利用すれば、Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２の夫々の値を適切に設定するだけで、ヌル・ループの安定に必要な追加の位相回転を施すことが簡単にできるようになる。なお、ここでは、８ビットの乗算ＤＡＣを使用した実施例について説明しているが、さらに大きいビット数のものにすることによってより細かい重み付けが可能となることは、当業者にとっては明らかである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
次に、そのヌル・ループの安定化に必要な追加の位相回転をベクトル演算回路６００で実施するための各乗算ＤＡＣの設定値の算出方法について説明する。ヌル・ループの安定化に必要な追加の位相回転量の測定については、特開平３−６１８６３号に記載されたものと同様であるが、これについては本発明によるＮＢＡの実施例の説明において合わせて後に説明する。各測定周波数での、必要追加位相回転量をθとすると、各乗算ＤＡＣの設定値Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２は、
【数６】
2001074793.tif 000006
（但し、Ｉ、Ｑは−１２８から１２７までの整数）となる。つまり、ベクトル（ＶＩＮ＿０、ＶＩＮ＿９０）に任意の位相推移を施してベクトル（ＶＯＵＴ＿０、ＶＯＵＴ＿９０）に変換させることができ、ヌル・ループの安定に必要な位相推移を簡単に実現することができる。なお、この時実現可能な位相補償精度（分解能）は、約０．４５°（＝ｔａｎ−１（１／１２８））であり、高周波帯でのヌル・ループ位相補償に十分な精度を実現することが可能になり、上記の目的（１）を達成することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
さらに本発明は、上記目的（２）を達成するために、このベクトル演算回路を使用することによって任意のゲイン調整をも実現している。必要なゲイン補正量を測定できれば、以下の式（４）に当てはまるＫの値を決定することができ、延いては乗算ＤＡＣの設定値を決定することができるので、ヌル・ループの一巡ゲイン補正を簡単に行うことができる。
【数７】
2001074793.tif 000007
（但し、Ｋは−１２８から１２７までの整数）
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
以上の解決手段により、上記目的（１）及び（２）の問題を解決することができるが、同時にこれらを解決する時に必要となる行列式は、
【数８】
2001074793.tif 000008
となり、先ほどと同様に、式（５）で求められた各成分Ａ１１、Ａ１２、Ａ２１、Ａ２２の値を乗算ＤＡＣに設定することにより、積分器出力を直交変調器２０４に入力する際に最適な重み付けを実現することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
【数９】
2001074793.tif 000009